Los biólogos celulares de Johns Hopkins informan que creen que es la primera creación de pequeños grupos similares a gelatina a base de proteínas llamados hidrogeles dentro de las células vivas. La capacidad de crear hidrogeles a pedido, dicen, debería avanzar en la larga lucha científica para estudiarlas estructuras evasivas, que se forman en la naturaleza cuando las proteínas u otras moléculas se agregan bajo ciertas condiciones, y para descubrir sus sospechas de contribución a enfermedades humanas.
"La parte emocionante de este trabajo no es solo que hicimos hidrogeles, sino que ahora estamos equipados con esta poderosa técnica que nos permite hacer preguntas fundamentales, y muy desafiantes, sobre ellos", dice Takanari Inoue, Ph.D., Profesor asociado de biología celular en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y autor principal del informe sobre la investigación publicada en línea el 6 de noviembre en la revista Materiales de la naturaleza .
Un hidrogel es cualquier material de gel sólido que se mantiene unido debido a las estrechas conexiones entre sus moléculas pero también absorbe mucha agua. Los hidrogeles artificiales se usan en productos cotidianos como lentes de contacto, pañales desechables y geles capilares, que explotan su agua.-amorosa naturaleza.
En las células vivas, la mayoría de las estructuras flotantes están encerradas por membranas que les ayudan a mantener su forma en el citoplasma acuoso de las células. Pero cuando las células sufren estrés, desde calor hasta hambre o infección, proteínas y moléculas de ácido ribonucleico ARNpuede agruparse en gránulos de estrés, que están libres de membranas envolventes y, a menudo, forman pequeños globos similares al gel para el cabello suspendido en una tina de agua.
Algunos investigadores han planteado la hipótesis de que la acumulación de estos hidrogeles naturales puede estar relacionada con enfermedades neurodegenerativas, incluida la esclerosis lateral amiotrófica ELA, y que demasiados gránulos de estrés o muy pocos podrían afectar la capacidad de las células para funcionar. Pero se ha encontrado evidenciadifícil, en parte porque otros tipos de hidrogeles dentro de las células pueden ser partes normales de la fisiología celular.
"Estos hidrogeles carecen de membranas, por lo que es difícil aislarlos y purificarlos", dice Inoue. "Son tan frágiles que no podemos simplemente recolectarlos como podemos con los núcleos o las mitocondrias", agrega. Aún peor,Él dice que cuando su entorno cambia, los gránulos de estrés cambian de ser hidrogeles a un tipo diferente de estructura, llamadas gotas líquidas, de la misma manera que el gel para el cabello podría disolverse en agua si lo calientas. Los científicos de todo el mundo han intentado inyectar hidrogeles químicos en la vidacélulas para estudiarlas, pero generalmente las células se enferman, probablemente debido a la toxicidad de los productos químicos.
En un intento por superar tales barreras para estudiar, el equipo de Inoue diseñó un sistema que denominaron iPOLYMER, compuesto por dos proteínas de unión, FKBP y FRB, y un químico y fármaco inmunosupresor llamado rapamicina. Los investigadores ya sabían que la rapamicina podría usarse para mediarinteracciones entre FKBP y FRB.
Estudios anteriores habían demostrado que sin la presencia de rapamicina, FKBP y FRB existen como proteínas separadas, pero una vez que se agrega la rapamicina, se une a ambas, uniendo las proteínas en un complejo firme. Diseñando las proteínas para que formen el correctoLa estructura física de los hidrogeles requirió muchas pruebas y errores, dice Inoue.
Para crear iPOLYMER en células vivas, los investigadores diseñaron las células para contener dos tipos de cadenas de proteínas compuestas de FKBP y FRB en tándem, y luego agregaron rapamicina, que generalmente no se encuentra en las células vivas. Al observar estas células bajo un microscopio comoagregaron rapamicina, el equipo de Inoue pudo ver formarse hidrogeles.
"Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que alguien hace un hidrogel en una célula viva de esta manera", dice Inoue.
Los científicos ahora están modificando el sistema iPOLYMER para que los hidrogeles integren moléculas de ARN en sus estructuras, haciéndolos imitar mejor los gránulos de estrés que se ven en las células humanas. A los científicos también les gustaría crear un sistema en el que las proteínas, FKBP yFRB, forman gotas líquidas para que puedan comparar los efectos de las gotas líquidas y las formas de hidrogel de las estructuras de proteínas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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